מיניסקופ מקליט אותות סידן בהיפוקמפוס של עכברים המנווטים בפלומת ריח

מטרת המחקר שלי היא להבין כיצד המוח מעבד מידע מרחבי וחוש הריח. ואנחנו מנסים להבין את תפקידם של תאי העצב CA1 בהיפוקמפוס בניווט פלומת ריח. נכון לעכשיו, נעשה שימוש בטכנולוגיה של הקלטות חופשיות של נוירונים עם מיקרוסקופים זעירים לקידום המחקר בתחום.

מצאנו שאפשר לפענח את המסלול של העכבר המנווט את פלומת הריח על סמך תאי עצב ואותות סידן ב-CA1 הגב. טכניקה זו משלבת את היתרונות של טכנולוגיית מיני סקופ להקלטת אותות סידן GCaMP עם השורה המבוססת היטב של ניווט מרחבי בהיפוקמפוס CA1. כדי להבין טוב יותר כיצד מעגלים עצביים מניעים התנהגויות מורכבות, נחקור כיצד ניווט פלומת ריח נפגע במודל עכברי של מחלת אלצהיימר עם תפקוד לא תקין של היפוקמפוס CA1.

כדי להתחיל, בנה תא עם שני קירות אקריליים, ותקרה אקרילית, ורצפת פוליוויניל כלוריד מורחבת. שני הקירות הייחודיים האחרים מלפנים ומאחור חייבים להקל על זרימת האוויר. מקם ארבע קבוצות של מקורות ריח בשילוב עם פיות אספקת מים במרחק של 10 סנטימטרים זו מזו לאורך ציר ה-X.

התקינו מצלמה דיגיטלית מהירה מעל הזירה כדי לנטר את התנהגות בעלי החיים. השתמש בקוד פיתון מותאם אישית כדי לנהל את חומרת זירת הריח, והתוכנה משלבת את המצלמה ואת כל החומרה להגדרת הניסוי. הגדר את המצלמה הדיגיטלית לייצוא אות שעון בעת הקלטת מסגרות וידאו לסנכרון פוסט-הוק עם המיני סקופ.

מקם גלאי פוטוניזציה מיניאטורי עם תגובה מהירה, או PID, קרוב למקור הריח, ומקם גלאי פוטוניזציה זעיר אחר במרחק של 10 סנטימטרים. שנה את מתג הרווח בפאנל הקדמי של בקר ה-PID למצב X חמש. לאחר מכן החלף את מתג המשאבה בפאנל הקדמי של בקר ה-PID למצב גבוה.

בדוק את הדיודה פולטת האור או את נורית המצב LED בפאנל הקדמי של הבקר כדי לוודא שפלט החיישן מציג מתח אפס בהיעדר ריחות. העבר את הפוטנציומטר לקיזוז לאפס, את פלט המתח בהיעדר ריחות, והפעל את שסתום הריח בזירת הריח. מדוד את העיכוב בזיהוי פלומת הריח עם ה-PID בכל מיקום לאחר פתיחת השסתום.

כדי להתחיל, הגדר את החדר, המצלמה וגלאי הפוטוניזציה, או חיישני PID, לניסוי. לאימון העכבר, בקש ממנו לעבור לחלק האחורי של הזירה. לאחר שהעכבר מגיע לאחור, העבירו ידנית ריח ומים בנתיב אקראי, ותנו לעכבר לאתר את המקור ולשתות את המים.

לאחר שהעכבר לומד ליזום ניסויים, עבור לתוכנה אוטומטית להעברת ריחות. במשימת ניווט הריח הדו-נתיבי, בחר באופן אקראי אחת משתי יציאות ריח כדי לספק ריח. ותגמל את העכבר במים כשהוא מגיע לפיית המים הנכונה ראש תקן את העכבר והנח את המיני סקופ על גבי לוחית הבסיס באמצעות מיקרו מניפולטור.

הדק את בורג הסט כדי לאבטח את המיני סקופ. כוונן את עדשת ההרטבה החשמלית כדי למצוא את מישור המוקד האופטימלי, ולהבטיח את המספר הגדול ביותר של תאים עם עוצמת הקרינה הגבוהה ביותר. כדי להשיג טווח דינמי אופטימלי, השתמש ב-CA1 הגבי וקשר עכברי GCaMP 6-F אחד, והגדר את הספק המיני סקופ לסביבות 30% בקצב רכישה של 30 הרץ.

שחרר את העכבר בתוך זירת הריח כשהמיני סקופ מחובר ללוחית הבסיס. התחל רכישה עם לוח הממשק כדי להקליט את לוגיקת הטרנזיסטור-טרנזיסטור, או פלט TTL של המצלמה הדיגיטלית, ואת ההיקף המיני לסנכרון. התחל להקליט את המיני סקופ וסרטי התנהגות, והפעל את התוכנה האוטומטית למשימת ניווט הריח עם שתי פיות.

לאחר מכן סנכרן את המטא נתונים של זירת הריח, מסגרות מצלמה דיגיטליות מוקלטות ומסגרות מיני סקופ באמצעות קוד MATLAB synchronize_files_jove.m. באמצעות תיקון נורמה, בצע תיקון תנועה של מסגרות המיני סקופ המסונכרנות. זהה את אזורי העניין עם אותות אפס דלתא F על F המשתנים בזמן באמצעות תמצית.

השתמש באנסמבל התנהגות ובמצפה מסלול עצבי כדי לדמיין את ההתנהגות ואזורי העניין של כל ניסוי נפרד. תגובת ה-PID גדלה משמעותית עם שחרור פלומת הריח, מה שמעיד על עיתוי העברת הריח. מעברי סידן מרובים נצפו ב-CA1 הגבי של העכבר במהלך ניווט ריח, בקורלציה עם אירועי ריח ותגמול מים.

תגובות הסידן היו קשורות לשלבים שונים של משימת הניווט, כולל התחלת ניסוי, קבלת החלטות וחזרה. המסלול המרחבי של העכבר פוענח מאותות הסידן, וחשף את תפקידו של CA1 הגבי במיפוי ריח ומידע מרחבי.